西安交通大学能源与动力工程专业工程热力学期末考试卷及答案

西安交通大学能源与动力工程专业工程热力学期末考试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，将正确选项字母填入括号内）1.理想气体在可逆绝热过程中，若比热容为常数，则其技术功与膨胀功之比为（）A.1B.kC.k/(k1)D.(k1)/k答案：C2.水蒸气在汽轮机内经历绝热膨胀，若忽略动能差与位能差，则其做功量等于（）A.焓降B.熵增C.热力学能增加D.放热量答案：A3.对于理想气体，下列参数中仅与温度有关的是（）A.焓B.熵C.比容D.压力答案：A4.卡诺循环的热效率只与（）A.工质种类有关B.高温热源与低温热源温度有关C.循环净功有关D.循环压力有关答案：B5.湿空气相对湿度φ=0表示（）A.干空气B.饱和湿空气C.水蒸气分压为零D.含湿量为零答案：C6.在蒸汽压缩制冷循环中，冷凝器出口工质状态通常为（）A.饱和液B.两相C.过热蒸汽D.过冷液答案：D7.若封闭系统经历一不可逆过程，其熵变ΔS（）A.一定大于零B.一定小于零C.可正可负，但必大于或等于零D.必等于零答案：C8.理想气体节流前后（）A.焓不变，温度不变B.焓不变，温度可能变C.焓变大于零，温度降低D.焓变小于零，温度升高答案：B9.提高朗肯循环热效率最有效的措施是（）A.降低冷凝压力B.提高锅炉压力C.提高过热蒸汽温度D.采用再热答案：C10.若某气体状态方程为p(vb)=RT，则其焦耳—汤姆逊系数μJT（）A.恒为零B.恒为正C.恒为负D.与温度有关答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分）11.下列措施可提高燃气轮机循环比功的有（）A.提高压气机压比B.提高透平进口温度C.采用回热D.降低环境温度答案：A、B12.关于水蒸气hs图，下列说法正确的有（）A.等压线在湿区为直线B.等温线在过热区斜率为正C.等干度线为一簇放射线D.临界点处等压线与等温线相切答案：A、C、D13.理想混合气体中，下列关系成立的有（）A.分压之和等于总压B.分体积之和等于总体积C.各组分的摩尔分数等于体积分数D.各组分的质量分数与摩尔分数可互算答案：A、C、D14.下列过程属于不可逆过程的有（）A.自由膨胀B.有温差的传热C.有摩擦的流动D.水的可逆汽化答案：A、B、C15.关于逆卡诺循环，下列说法正确的有（）A.可用于制冷也可用于供热B.性能系数与工质无关C.供热系数恒大于制冷系数D.低温热源温度越低制冷系数越小答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体定压比热cp与定容比热cv满足cpcv=________。答案：R17.水在100℃、1atm下的汽化潜热约为________kJ/kg。答案：225718.若某气体经历可逆绝热膨胀，温度由500K降至300K，则其压力比p2/p1=________（k=1.4）。答案：0.10519.湿空气含湿量d的定义式为________。答案：mv/ma20.朗肯循环中，若忽略泵功，则循环净功等于透平________。答案：膨胀功21.蒸汽压缩制冷循环的COP定义为________与________之比。答案：制冷量；压缩机耗功22.理想气体状态方程pv=RT中，R的单位为________。答案：kJ/(kg·K)23.卡诺热泵的供热系数为6，则其制冷系数为________。答案：524.若封闭系统熵产为0.8kJ/K，则该过程为________过程。答案：不可逆25.水蒸气临界压力为________MPa。答案：22.064四、简答题（共25分）26.（6分）封闭系统经历一不可逆过程，系统与外界交换热量Q=100kJ，对外做功W=50kJ。已知系统初态熵S1=2kJ/K，终态熵S2=2.5kJ/K，环境温度T0=300K。求该过程的熵产，并判断过程方向。答案：系统熵变ΔS=S2S1=0.5kJ/K环境熵变ΔSsur=Q/T0=100/300=0.333kJ/K总熵产ΔSgen=ΔS+ΔSsur=0.5+0.333=0.833kJ/K>0过程为不可逆，方向可行。27.（6分）写出理想气体可逆绝热过程的过程方程，并说明其适用条件。答案：pv^k=常数，其中k=cp/cv为绝热指数。适用条件：理想气体、比热容为常数、过程可逆绝热（等熵）。28.（6分）简述蒸汽再热循环的目的及再热压力选择原则。答案：目的：降低透平末级湿度，提高干度，减少叶片侵蚀；同时可提高循环热效率。再热压力选择：一般取初压的20%～30%，使再热后蒸汽温度接近初温，兼顾热效率与设备成本。29.（7分）湿空气温度30℃，压力100kPa，露点温度20℃。求相对湿度、含湿量及焓（按干空气比热1.005kJ/(kg·K)，水蒸气比热1.86kJ/(kg·K)，0℃水蒸气焓2501kJ/kg）。答案：查20℃饱和压力ps=2.339kPa，即水蒸气分压pv=2.339kPa30℃饱和压力psat=4.247kPa相对湿度φ=pv/psat=2.339/4.247=55.1%含湿量d=0.622pv/(ppv)=0.622×2.339/(1002.339)=0.0149kg/kg干空气焓h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+0.0149×(2501+1.86×30)=30.15+38.2=68.35kJ/kg干空气五、计算题（共70分）30.（12分）某理想气体cp=1.0kJ/(kg·K)，cv=0.7kJ/(kg·K)，质量2kg，初态p1=0.5MPa，T1=400K，经可逆绝热膨胀至p2=0.1MPa。求终温、终容、技术功、膨胀功及熵变。答案：k=cp/cv=1.429T2=T1(p2/p1)^((k1)/k)=400×(0.2)^(0.3)=263.5KV1=mRT1/p1=2×0.3×400/500=0.48m³V2=V1(p1/p2)^(1/k)=0.48×5^(0.7)=1.48m³膨胀功W=(p1V1p2V2)/(k1)=(500×0.48100×1.48)/0.429=296kJ技术功Wt=kW=1.429×296=423kJΔS=0（可逆绝热）31.（14分）某朗肯循环，蒸汽初压10MPa，初温600℃，冷凝压力10kPa，忽略泵功。求循环热效率、透平出口干度、汽耗率。已知：h1=3625kJ/kg，s1=6.902kJ/(kg·K)；10kPa下sf=0.649，sg=8.151，hf=191.8，hfg=2392.9。答案：s2=s1=6.902x2=(6.9020.649)/(8.1510.649)=0.834h2=191.8+0.834×2392.9=2187kJ/kgh3=191.8kPa（冷凝水）qin=h1h3=3433kJ/kgqout=h2h3=1995kJ/kgη=1qout/qin=11995/3433=41.9%汽耗率d=3600/(h1h2)=3600/(36252187)=2.51kg/(kW·h)32.（14分）某燃气轮机理想循环，压比π=8，透平进口温度1200K，环境温度300K，cp=1.005kJ/(kg·K)，k=1.4。求循环热效率、比功、回热极限效率。答案：η=11/π^((k1)/k)=11/8^0.286=44.8%T2=T1π^((k1)/k)=300×8^0.286=543KT4=T3/π^((k1)/k)=1200/8^0.286=662K比功w=cp[(T3T4)(T2T1)]=1.005[(1200662)(543300)]=1.005×295=296kJ/kg回热极限效率ηreg=1(T2/T3)=1543/1200=54.8%33.（15分）某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂R134a，蒸发温度10℃，冷凝温度40℃，压缩机入口为饱和蒸汽，出口为过热10℃，节流阀入口为饱和液。求COP、单位质量制冷量、压缩机比功、冷凝器放热量。已知：h1=392.5，h2s=426（等熵），h2=436，h3=256.4，h4=256.4（节流）。答案：制冷量qL=h1h4=392.5256.4=136.1kJ/kg压缩机功wc=h2h1=436392.5=43.5kJ/kgCOP=qL/wc=136.1/43.5=3.13冷凝放热qH=h2h3=436256.4=179.6kJ/kg34.（15分）某空气调节系统需将室外35℃、相对湿度60%的湿空气冷却去湿至20℃饱和状态，风量2kg干空气/s。求需除去的湿量、冷却负荷、凝结水量。已知：35℃ps=5.628kPa，20℃ps=2.339kPa，凝结水焓84kJ/kg，空气焓公式h=1.005t+d(2501+1.86t)。答案：室外pv=0.6×5.628=3.377kPad1=0.622×3.377/(101.33.377)=0.0215kg/kgh1=1.005×35+0.0215×(2501+1.86×35)=35.2+54